Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор научно-технической литературы 11
1.1 Перспективы создания продукции здорового питания 11
1.2 Пищевые технологии и рецептуры с использованием регуляторов консистенции 14
1.3 Характеристика свойств регуляторов консистенции, применяемых в пищевых технологиях 18
1.3.1 Регуляторы консистенции полисахаридной природы 18
1.3.2 Желатин: технология, качество и потребительские свойства 26
1.4 Перспективы использования рыбного желатина в пищевой промышленности и индустрии питания 32
1.5 Обоснование использования нетрадиционных ингредиентов в низкокалорийных сладких желированных блюдах 35
Заключение по литературному обзору 37
Глава 2. Организация эксперимента, объекты и методы исследований 40
2.1 Методологический подход к организации эксперимента 40
2.2 Объекты исследований 42
2.3 Методы исследований 43
2.4 Математическая обработка результатов исследований 48
Глава 3. Исследование функционально-технологических свойств и показателей качества рыбного желатина 51
3.1 Номенклатура потребительских свойств и показателей качества желатина 51
3.2 Пищевая ценность рыбного желатина и его сравнительный анализ с традиционным аналогом 54
3.2.1 Химический состав и энергетическая ценность 54
3.2.2 Аминокислотный и фракционный состав 57
3.2.3 Определение показателей биологической ценности 62
3.3 Молекулярно-массовый состав рыбного желатина и его сравнительный анализ 64
3.4 Определение показателей безопасности рыбного желатина 67
3.5 Сравнительное исследование классификационных показателей качества рыбного и животного желатина 70
3.6 Сравнительное исследование показателей качества рыбного желатина и традиционного аналога 71
3.7 Исследование срока хранения рыбного желатина 76
3.8 Разработка нормативной технической документации на рыбный желатин 79
Глава 4. Разработка рецептур и технологии низкокалорийных сладких желированных блюд и оценка экономической целесообразности их внедрения 81
4.1 Разработка рецептурных композиций и технологии низкокалорийных сладких желированных блюд 81
4.2 Сенсорная методика оценки сладких желированных блюд с заданными потребительскими свойствами 87
4.3 Формирование потребительских свойств низкокалорийных сладких желированных блюд 4.3.1 Влияние стевии на сенсорные характеристики продукта 95
4.3.2 Влияние содержания сахара на вкусоароматические профилограммы и квалиметрическая оценка продукта 97
4.3.3 Влияние композиционного регулятора консистенции (желатин:агар) на реологические свойства продукта и его квалиметрическая оценка 102
4.3.4 Влияние рыбного желатина на реологические свойства сладких желированных блюд 107
4.4 Технология низкокалорийных сладких желированных блюд 113
4.5 Товароведная оценка низкокалорийных сладких желированных блюд 115
4.6 Комплексная квалиметрическая оценка разработанных изделий 120
4.7 Оценка экономической целесообразности внедрения разработанных технологий 124
4.7.1 Объем и емкость рынка пищевого желатина 124
4.7.2 Анализ факторов внешней и внутренней среды производства низкокалорийных сладких желированных блюд 126
4.7.3 Оценка конкурентоспособности разработанных блюд 128
Заключение 130
Список сокращений 133
Библиографический список 134
Приложения 147
- Регуляторы консистенции полисахаридной природы
- Аминокислотный и фракционный состав
- Разработка рецептурных композиций и технологии низкокалорийных сладких желированных блюд
- Комплексная квалиметрическая оценка разработанных изделий
Регуляторы консистенции полисахаридной природы
Прежде чем перейти к анализу свойств и показателей желатина, следует более подробно остановиться на характеристике существующих регуляторов консистенции.
В настоящее время известно более 500 видов различных добавок, причм с учтом полифункциональных комбинаций их число значительно возрастает. РК являются одной из важнейших групп пищевых ингредиентов и используются в разнообразных технологических целях, в частности для загущения, стабилизации, эмульгирования, водоудержания, пенообразования, флокуляции, седиментации, предотвращения гистерезиса, ингибирования кристаллизации и черствления, дегазации, коалесценции и др. [30, 120, 169, 170, 171]. В зависимости от структурных особенностей РК могут создавать структурированные, формованные и эмульсионные продукты, различающиеся по способам получения стабилизационных пищевых систем [99, 140]. Прежде всего, следует обратить внимание на критерии, определяющие приемлемость РК в пищевых технологиях:
– безопасность и безвредность, выраженная в соответствии добавки требованиям ТР ТС 029/2012, СанПин 2.3.2.1293-03, отсутствие токсического и аллергического действия на организм человека и снижающего эффекта в отношении пищевой ценности разрабатываемого продукта;
– технологичность, заключающаяся в эффективности регулирования реологических свойств и формирования желаемой текстуры пищевого продукта;
– зависимость их функциональных свойств от особенностей конкретной пищевой системы (рН, химический состав, органолептическая нейтральность и т.п.) и внешних факторов среды, таких как температурные режимы и продолжительность технологического процесса, наличие электролитов, специальных добавок и др.;
– трудомкость производства и введения РК в пищевую систему, определяемая возможностью эффективного диспергирования добавки в пищевой системе при традиционных режимах;
– потенциальная вероятность взаимодействия добавки с компонентами пищевой системы, т.е. конкуренция с другими водорастворимыми агентами;
– дозировка добавки, обеспечивающая достижение необходимого технологического эффекта;
– экономическая целесообразность, определяемая соотношением функциональных характеристик и стоимостью пищевой добавки.
Указанные требования значительно сужают круг РК, применяемых в России. Он ограничен такими веществами, как агар, пектины, альгинаты, хитозан, белки животного и растительного происхождения и др., различающихся по источнику сырья и методам их выделения [127]. Данные классификационные критерии являются наиболее важными при классификации РК (рис. 1.1) [99, 104, 120].
Концепция развития производства РК может быть представлена следующими приоритетными научными направлениями:
– полисахариды водорослей (агар, агароид, каррагинаны, альгиновая кислота);
– пектины из традиционных и новых видов сырья;
– белки различного происхождения с нативными свойствами и с модифицированной молекулярной структурой;
– модифицированные производные растительных полисахаридов, преимущественно крахмала и целлюлозы;
– мукополисахариды из сырья животного происхождения. Как правило, модификацию нативных РК осуществляют путм физической, химической, ферментативной, термической, биохимической или комбинированной обработки.
Данные научные направления включают в себя широкую группу гидроколлоидов (загустителей), студнеобразователей (гелеобразователей) и наполнителей. Гидроколлоиды и гелеоб-разователи по химической природе представляют собой линейные или разветвленные полимерные цепи с гидрофильными группами, обуславливающими высокую степень связывания воды. Загустители (модифицированный крахмал, пектин, растительные камеди и др.) предназначены для получения коллоидных растворов повышенной вязкости и стабилизирующей активности. Студнеобразователи (агар, желатин, пектин, каррагинан и др.), в свою очередь, предназначены для формирования структурированных дисперсных систем (студней/гелей) путм осуществления структурных переходов из коагуляционной в конденсационно-кристаллизационную систему [74, 121, 153, 173].
Эффективность действия РК зависит от возможности их полного растворения в пищевой системе и, в свою очередь, обусловлено как химической природой добавок, так и факторами, способствующими сшивке молекул (например, присутствие ионов кальция или других поливалентных катионов) [109, 140]. Сравнительная характеристика функциональных свойств РК, отражающая их поведение в водных системах, представлена в табл. 1.1 [121].
Из данных табл. 1.1 следует, что полисахаридные добавки, отличающиеся большим количеством гидроксильных групп, являются гидрофильными и в основном растворимы в воде. Для белкового биополимера – желатина, характерно набухание в холодной воде благодаря силам когезии между макромолекулами и полное растворение при тепловом воздействии, при котором происходит разрушение связей между определнными сегментами макромолекул.
Несмотря на широкий спектр технологических функций, основное назначение РК – образование геля, являющегося наиболее перспективным направлением в пищевой индустрии. Общеизвестно, что гели представляют собой сложные многокомпонентные системы, механические свойства которых зависят от типов связей, возникающих между макромолекулами полимера в растворе, и определяются конкретным гелеобразователем. В процессе гелеобразования происходит формирование полимерной сетки, что приводит к изменению консистенции пищевого продукта [99, 170, 176].
В зависимости от химической природы макромолекул и особенностей пищевой системы возможны различные механизмы гелеобразования, обобщнные в табл. 1.2.
Аминокислотный и фракционный состав
Для прогнозирования функционально-технологических и биологических свойств рыбного желатина и исследования факторов, формирующих его качество, особенно биополимерного регулятора консистенции заданного качества, определяли его фракционный и аминокислотный состав [25, 62].
Распределение фракций в составе белка рыбного желатина представлено в табл. 3.3. Превалирующей белковой фракцией рыбного желатина является щелочерастворимая (87,7 %), объединяющая, главным образом, коллагеновые белки. Результаты определения фракционного состава рыбного желатина согласуются с общенаучными данными о составе природных белков соединительной ткани рыб [6, 12, 22, 70, 106].
В результате определения аминокислотного состава (АКС) в рыбном желатине идентифицировано 18 аминокислот (АК) (табл. 3.4), из них доля незаменимых аминокислот (НАК) – 15,1 %, заменимых – 85,0 %. Было отмечено высокое содержание различных групп АК, среди которых больший процент составляли моноаминомонокарбоновые кислоты (в общем 49,5 %) как в ряду НАК (11,7 %), так и в ряду заменимых АК (37,8 %).
Доминирующими по массе АК рыбного желатина являются (% массы азотистой части): глицин – 22,9, пролин – 13,9, аланин – 11,5, оксипролин – 9,7, аргинин – 7,5. Данные АК определяют пространственное строение молекулы желатина и обуславливают его структурные признаки [25, 64]. Так, высокая концентрация глицина (22,9 %) подтверждает коллагеновую природу белка рыбного желатина. Рыбный желатин включает пролин и оксипролин – маркерные АК коллагена, общепризнанно определяющие термостабильность желатина и являющиеся индикаторами наличия структурных белков, входящих в состав чешуи прудовых рыб Астраханского региона. Чем выше содержание данных АК, тем стабильнее коллагеновая спираль.
В АКС рыбного желатина идентифицированы две нестандартных АК - гидроксилизин (1,1 %) и гидроксипролин (9,7 %), практически не встречающиеся в других белках. Наличие аминогрупп остатков гистидина (1,1 %) и высокоосновных гунидиновых групп аргинина (7,5 %) в рыбном желатине могут свидетельствовать о возможности процесса сшивки и его модификации для увеличения химической активности (Vollhardt, 1999).
В результате определения превалирующего типа коллагена в рыбном желатине были установлены ключевые мольные соотношения АК, свидетельствующие о преобладании интерстици-ального фибриллярного коллагена типа I (табл. 3.5) [70, 73, 106]. Пептидные цепи в фибриллярных белках обладают высокой степенью асимметрии, что может свидетельствовать о высоких реологических показателях рыбного желатина [73, 115].
Итак, экспериментальные данные по определению АКС рыбного желатина свидетельствуют о его специфичности и согласуются с теоретическими сведениями о составе и содержании АК коллагена, что, в свою очередь, определяет функционально-технологические свойства рыбного желатина.
Для обоснования использования пищевого рыбного желатина в качестве аналога пищевого животного желатина был проведн их сравнительный анализ по АКС. В качестве объектов сравнения выступают коллагеновые субстанции рыбного (субстанция из чешуи рыб) и животного (субстанция из шкуры крупного рогатого скота (КРС) происхождения. В результате сравнения (табл. 3.6, рис. 3.3) установлен одинаковый набор АК, но выявлено разное содержание отдельных АК, что предполагает различие в структуре, а, следовательно, и в свойствах.
Аминокислотный сравнительный анализ показывает пониженное для субстанции рыбного происхождения суммарное содержание маркерных АК (пролин и оксипролин), влияющих на эффективность гелеобразования, в отличие от коллагеновой субстанции из шкур КРС, в среднем на 3,7 %. Содержание специфических АК (глицин-пролин-оксипролин), влияющих на стабилизацию структуры коллагена, в рыбной коллагеновой субстанции (46,5 %) понижено в среднем на 7,0 % по сравнению с животной коллагеновой субстанцией.
Пониженное содержание АК рыбного желатина, вовлекаемых в формирование зон нук-леации и спиралевидных структур, может замедлять процесс гелеобразования, ускорять процесс плавления спиралей тропоколлагена и приводить к образованию гелей с меньшим модулем хранения, застудневания и температуры плавления по сравнению с желатином животного происхождения [6, 12, 166].
Относительно других АК, в рыбном желатине отмечают повышенное содержание такой НАК, как метионин (на 46,1 %), а также заменимых АК – гистидина (на 35,5 %) и аланина (на 10,3 %).
Таким образом, индивидуальность рыбного коллагенсодержащего сырья обуславливает АКС рыбного желатина и не ограничивает прикладные возможности данного структурообразующего нативного биополимера в пищевых системах.
Подводя итог, следует сказать, что фракционный и аминокислотный состав рыбного желатина свидетельствует о том, что превалирующим компонентом белковой фракции являются коллагеновые белки с фибриллярной структурой. Исходя из знаний функционально-технологических свойств коллагеновых белков как эмульгаторов и стабилизаторов, рыбный желатин можно рассматривать в качестве регулятора консистенции [6, 10, 154, 166, 171].
Отсутствие в рыбном желатине таких НАК, как триптофан, цистин и цистеин, не является ограничительным фактором при его использовании в пищевой промышленности. Учитывая, что рыбный желатин является вспомогательным пищевым продуктом и используется в составе блюд, возможна коррекция его дозировок в пищевых системах и подбор вариантов рецептур, повышающих аминокислотную сбалансированность готового продукта.
Разработка рецептурных композиций и технологии низкокалорийных сладких желированных блюд
На кафедре «Технология товаров и товароведение» Астраханского государственного технического университета проводились исследования, связанные с унификацией и модификацией традиционных рецептур и технологий сладких желированных блюд путм использования нетрадиционных структурообразующих и подслащивающих ингредиентов и изменения традиционных норм закладок сырья.
Ряд технической и нормативной документации подтверждает тот факт, что технология приготовления сладких желированных блюд на основе плодово-ягодного сырья предусматривает внесение большого количества сахара и использование в качестве регулятора консистенции (РК) белкового желирующего агента – желатина [122, 123].
При моделировании рецептуры низкокалорийных сладких желированных блюд на основе плодово-ягодного сырья для улучшения реологических свойств целесообразно использование композиционных регуляторов консистенции (КРК) белково-полисахаридной природы (животный желатин:агар (в дальнейшем желатин:агар) и рыбный желатин:агар) с широким комплексом функционально-технологических свойств. Для снижения содержания сахара и калорийности в традиционных рецептурах целесообразно уменьшение содержания сахарозы, при этом для сохранения традиционного сладкого вкуса необходимо использование натурального подсластителя – стевии медовой [90, 111].
Следовательно, разработка низкокалорийных десертных желированных блюд с заданными потребительскими свойствами направлена на создание рациональных сенсорных характеристик продукта с учтом потребительских предпочтений. Разработку рецептурных композиций и технологии низкокалорийных сладких желированных блюд проводили по следующим основным этапам (рис. 4.1).
На основании имеющейся нормативной и технической информации об ингредиентном составе желейной кондитерской продукции и практических данных по закладке сырья составляли проект рецептуры низкокалорийного сладкого желированного блюда с использованием КРК (желатин:агар, рыбный желатин:агар). Рациональное соотношение основных рецептурных компонентов определяли экспериментальным путм, ориентируясь на результаты сенсорной оценки продукта.
За основу проекта низкокалорийного желированного блюда взяли традиционную рецептуру желе из плодов или ягод свежих № 616 (М. П. Могильный, В. А. Тутельян, 2013) (табл. 4.1) и оптимизировали под лабораторные условия.
Разработку рецептуры проводили на кондиционном сырье, инспектирование и хранение которого отвечает требованиям действующей нормативно-технической документации. Количественное содержание основных пищевых веществ было определено по справочным таблицам химического состава сырья (данные Научно-исследовательского института питания РАМН) и указаны их вариабельные значения (табл. 4.2).
Исходными ингредиентами для приготовления желированных блюд нового ассортимента являются ягоды вишни, сахар-песок, сухие неизмельчнные листья стевии медовой, желатин животного происхождения, рыбный желатин, агар-агар, лимонная кислота, вода. Предварительную подготовку ингредиентов для производства блюд осуществляли в соответствии с требованиями технологического процесса.
В качестве основного растительного компонента желированного блюда использовали ягоды вишни. Известна высокая пищевая, биологическая и антиоксидантная активность плодов вишни, а также их низкий гликодемический индекс и приятные вкусовые свойства[127]. Вариабельные данные химического состава плодов вишни свидетельствуют о том, что они являются источником комплекса функциональных пищевых ингредиентов, включающего пищевые волокна, витамин С, Р-витаминоактивные дубильные вещества, флавоноиды (катехины, антоцианы, амигдалин, кумарин и др.), минеральные вещества, органические кислоты (яблочная, лимонная, щавелевая, пропионовая, изомасляная и др.), содержание которых варьирует от 0,99 до 1,33 %. Содержание растворимых сухих веществ в плодах вишни в среднем составляет 17,5 %, установлено до 9,6 % сахаров (Л. В. Лунина, 2011, Э. В. Мусифуллина, 2012, В. А. Тутельян, 2013).
Для желированных блюд ягоды вишни могут быть использованы как в свежем, так и в замороженном виде. Безусловно, что в процессе замораживания происходит снижение биологически активных компонентов (в среднем от 25 до 60 % от исходного содержания), например, -каротина, ниацинового эквивалента, аскорбиновой кислоты и др. Но в целом замораживание плодово-ягодного сырья позволяет сохранить структуру плода, показатели качества, пищевую и биологическую ценность (И. М. Скурихин, 2002, Н. В. Макарова, 2012, Л. Я. Родионова, 2014) [78, 131].
Использование плодово-ягодного сырья позволит расширить ассортимент желированных сладких блюд и повысить их биологическую и питательную ценность за счт легкоусвояемых углеводов, минеральных веществ и витаминов. К тому же, позволит получить необходимый цвет продукта без применения искусственных красителей. Показатели качества быстрозамороженной вишни соответствуют нормативным требованиям ГОСТ Р 53956, в случае со свежей вишней – ГОСТ 21921.
Для приготовления желированного десертного блюда использовали белый кристаллический сахар, качественные характеристики которого соответствуют требованиям ГОСТ 33222.
В качестве подсластителя в желированном блюде использовали сухие листья стевии. В результате анализа научно-технической литературы в качестве образца для расчта показателей пищевой ценности были выбраны экспериментальные данные по химическому составу листьев стевии (Stevia rebaudiana Bertoni), собранных в период цветения и высушенных при температуре 55–60 С для инактивации ферментов, разрушающих дитерпеновые гликозиды. Массовая доля компонентов химического состава стевии представлена в табл. 4.3 (И. Б. Красина, Е. П. Корнева, 2009).
Комплексная квалиметрическая оценка разработанных изделий
Одной из составляющих обеспечения качества является комплексная оценка потребительских свойств и показателей качества продукта, для проведения которой рационально использовать метод квалиметрии, позволяющий количественно оценить качество и потребительские свойства товара.
Математическое выражение для определения степени полезности (К) низкокалорийного сладкого желированного блюда на основе плодово-ягодного сырья имеет следующий вид (4.4): где МА – коэффициент, подтверждающий выполнение условия безопасного употребления сладкого желированного блюда. В нашем случае принимаем его равным единице; МБ, МВ, МГ – групповые коэффициенты весомости, определяющие степень влияния каждой группы свойств на общую количественную оценку качества и потребительских свойств сладкого желированно-го блюда; Pвnн.вид , Pвnк , Pзnп , Pтnекс , Pцnв , Pпnсвк – фактические значения отдельных показателей качества оцениваемого продукта по группе органолептических свойств ( Pвnн.вид – внешний вид, Pвnк – вкус, Pзnп – запах, Pтnекс – текстура; Pцnв – цвет; Pпnсвк – послевкусие); Pвэнт.вид , Pвэкт , Pзэпт , Pтэетк с , Pцэвт ,
Pпэствк – эталонные значения показателей качества оцениваемого продукта по группе органолеп-тических свойств; mБвн.вид, mБвк, mБзп, mБтекс, mБцв, mБпсвк – внутригрупповые коэффициенты весомости отдельных показателей качества оцениваемого продукта по группе органолептических свойств (mБвн.вид – весомость показателя внешний вид, mБвк – весомость показателя вкус, mБзп – весомость показателя запах, mБтекс – весомость показателя текстура; mБцв – цвет; mБпсвк – послевкусие);
Pоnд , Pпnр , Pуnпр , Pсnц.ч , Pфnл – фактические значения отдельных показателей качества оцениваемого продукта по группе реологических свойств ( Pоnд – однородность, Pпnр – прочность, Pуnпр – упругость, Pсnц.ч – сцепление частиц, Pфnл – флейвор); Pоэдт , Pпэрт , Pуэптр , Pсэцт. ч , Pфэ лт – эталонные значения показателей качества оцениваемого продукта по группе реологических свойств; mВод, mВпр, mВупр, mВсц.ч, mВфл – внутригрупповые коэффициенты весомости отдельных показателей качества оцениваемого продукта по группе реологических свойств (mВод – весомость показателя однородность, mВпр – весомость показателя прочность, mВупр – весомость показателя упругость, mВсц.ч – весомость показателя сцепление частиц, mВфл – весомость показателя флейвор); Pсnах , Pэnн.цен – значения отдельных показателей оцениваемого продукта, характеризующих содержание сахара и энергетическую ценность ( Pсnах – содержание сахара, Pэnн.цен – энергетическая ценность);
Pсэатх , Pээнт.цен – эталонные значения показателей качества оцениваемого продукта по группе свойств, характеризующих содержание сахара и энергетическую ценность; mГсах, mГэн.цен – внут-ригрупповые коэффициенты весомости отдельных показателей качества оцениваемого продукта по группе свойств, характеризующих содержание сахара и энергетическую ценность продукта (mГсах – весомость показателя содержание сахара, mГэн.цен – весомость показателя энергетическая ценность).
В качестве эталонных значений выбрали значения показателей качества и потребительских свойств, полученные экспериментальным путм для сладкого желированного блюда, приготовленного по традиционной рецептуре.
Сводная характеристика оценки качества образцов сладких желированных блюд по группе реологических свойств представлена в табл. 4.18.
Сводная характеристика оценки качества образцов сладких желированных блюд по группе органолептических свойств представлена в табл. 4.19.
Сводная характеристика оценки качества образцов сладких желированных блюд по группе свойств, определяющих содержание сахара и ЭЦ продукта, представлена в табл. 4.20.
В результате расчтов установлено (рис. 4.16), что степень полезности низкокалорийного сладкого желированного блюда с КРК (желатин:агар) с учтом снижения содержания сахара и калорийности составляет К = 0,972, степень полезности низкокалорийного сладкого желиро-ванного блюда с КРК (рыбный желатин:агар) составляет К = 0,972. Степень полезности тради 123 ционного желированного блюда составляет К = 0,825. Пониженное значение К для традиционного блюда может быть обусловлено высокой калорийностью традиционной рецептуры, что снижает физиологическую ценность продукта, а также пониженными значениями реологических показателей желированного блюда, приготовленного с использованием однокомпонентного регулятора консистенции – желатина.
Таким образом, несмотря на то, что сладкое желированное блюдо нового ассортимента отличается пониженным значением показателя традиционного сладкого вкуса, низкое содержа 124 ние сахара и сниженная калорийность способствуют созданию повышенного комплексного уровня качества и потребительских свойств по сравнению со сладким желированным блюдом, приготовленным по традиционной рецептуре.